深中通道距港珠澳大橋約40 km，兩個工程位置較近，腐蝕環境特征類似，從服役環境、結構構件腐蝕條件進行對比，分析港珠澳大橋耐久性保障技術對深中通道的適用性。

由表1可見：兩個工程所處環境的氣溫、濕度接近；深中通道更靠近珠江入海口，其所處區域的氯離子含量受潮汐影響較大，氯離子含量最大值與港珠澳大橋所處環境的相近，氯離子含量最小值遠小于港珠澳大橋所處環境，且沿橋軸線變化隨季節起伏較大。

深中通道與港珠澳大橋均采取島-隧道-橋組合的設計方式。由表2可見：深中通道的整體線路較短，93%的線路處于跨海段；港珠澳大橋整體線路較長，但海中主體部分線路只占66%；綜合比較可知，兩者在島-隧道-橋主體部分，港珠澳大橋比深中通道長約14 km；兩者海底隧道的建設長度相近，約為6.7 km；深中通道與港珠澳大橋采用的構件結構形式相似，工程構件所處腐蝕環境也相近。

港珠澳大橋耐久性設計具有以下特點：

(1) 采用了基于可靠度的混凝土結構耐久性設計技術，利用相似環境的暴露試驗數據，建立了耐久性設計數學模型，開展了耐久性定量設計；

(2) 綜合考慮腐蝕風險、防護效果和全壽命成本，開展了附加防腐蝕設計，作為提高混凝土結構耐久性安全裕度的措施。

深中通道具有與港珠澳大橋相似的環境條件，相似的結構形式，深中通道設計使用年限為100年，港珠澳大橋設計使用年限為120年。因此，深中通道的耐久性設計可以借鑒港珠澳大橋的混凝土結構的耐久性設計模型。此外，深中通道處于內伶仃洋，工程跨越的區域環境復雜，在借鑒港珠澳大橋耐久性設計成果和工程建設經驗的同時，對部分技術進行了優化和深入研究，例如考慮荷載和依據港珠澳大橋施工質量核定保護層厚度等，以更好地指導深中通道工程建設。

深中通道混凝土結構耐久性劣化主要是氯鹽侵蝕造成的。混凝土結構的耐久性設計分為兩個層次，提高混凝土材料本身致密性和耐氯離子滲透性的措施統稱為耐久性設計的基本措施，一般規定混凝土材料的最大氯離子擴散系數和混凝土最小保護層厚度等耐久性指標。在基本措施的基礎上，需要考慮涂層、硅烷浸漬、阻銹劑、不銹鋼鋼筋等耐久性附加防腐蝕措施。

耐久性設計基于混凝土氯離子滲透理論，以鋼筋表面氯離子濃度達到臨界濃度作為極限狀態，并以概率理論為基礎，通過分項系數表示。

使用分項系數的近似概率設計方程如下：

式中：C_cr,d，C_cr分別為鋼筋銹蝕的臨界氯離子總質量占混凝土膠凝材料的百分比的設計值和特征值，%；C_s,d，C_s分別為每立方米混凝土中氯離子的總質量占混凝土膠凝材料的百分比的設計值和特征值，%；x_d為混凝土最小保護層厚度，mm；D_28,d，D₂₈分別為暴露28天條件下混凝土的氯離子擴散系數的設計值和特征值，m²/s；η_d，η分別為氯離子擴散系數衰減率的設計值和特征值；t_SL為設計使用年限，a；γ_c為臨界氯離子濃度的分項系數；γ_s為表面氯離子濃度的分項系數；x_nom為耐久性設計保護層厚度的名義值，mm；Δx_d為保護層厚度安全裕度（允差），mm；γ_D為擴散系數的分項系數；γ_η為氯離子擴散系數衰減率的分項系數。

氯離子擴散系數的衰減率η由下式表示：

式中：n為試驗混凝土擴散系數的齡期因子。

通過統計類似環境工程中獲得的各參數的平均值及偏差，可根據設計使用年限求得氯離子擴散系數和保護層厚度。港珠澳大橋耐久性設計過程中，通過分析位于湛江的華南暴露試驗站近30年的暴露試件的氯離子滲透率數據確定上述參數。深中通道耐久性設計過程中，通過分析港珠澳大橋施工檢測結果以及港珠澳大橋暴露試驗數據，并結合深中通道的自身情況，對上述參數進行了修正。

港珠澳大橋耐久性設計模型分項系數的計算結果見表3，在同樣采用β=1.3的可靠指標條件下，深中通道耐久性設計模型分項系數暫時不予修正。

上述耐久性設計并未考慮荷載影響。事實上，荷載對氯離子擴散系數影響較大，不同區域構件所受荷載類型和水平均不一樣，因此進行耐久性設計時應考慮荷載影響。

將荷載因子引入氯離子擴散系數衰減公式中，可得到用于深中通道耐久性設計的數學模型如下：

式中：k_η為混凝土荷載影響系數；k_c為試驗方法轉換系數，采用RCM方法時，取值0.5；t₀為測定氯離子擴散系數時混凝土的齡期，a；t為混凝土氯離子擴散系數衰減至恒定值的時間，a。

目前，荷載試驗數據主要通過室內短期試驗研究結果得到，較好地反映了外部荷載對氯離子在混凝土中擴散過程的影響規律，初步建立了外部荷載與氯離子擴散系數的定量關系，由于試驗數據來源于室內加速試驗，最終的荷載影響系數與實際情況是否吻合，還有待長期試驗數據的修正和完善。目前，主要利用短期試驗結果，確定耐久性設計過程中引入的荷載影響因子。同時，后續還將利用暴露試驗數據對現有成果進行補充和調整，以提高工程耐久性設計的可靠性。

對于深中通道的混凝土結構，按照公式可以計算得出不同暴露區域混凝土結構的耐久性設計指標，如表4所示。表中最小保護層厚度未考慮施工偏差對保護層厚度保證率的影響，對于預制構件，建議以最小保護層厚度+5 mm為安全裕度；對于現澆構件，建議以最小保護層厚度+8 mm為安全裕度。

采用耐氯離子滲透性能較高的混凝土和足夠的保護層厚度等耐久性保障基本措施，一般可使結構構件滿足設計使用壽命。但是，環境變化、施工過程中的不確定性因素會造成實際情況可能與設計有偏差。為提升安全裕度，對于長壽命結構構件，一般在基本措施的基礎上，增加附加防腐蝕措施。

混凝土附加防腐措施可分為兩大類。一類是通過屏蔽作用進一步提升混凝土的耐氯離子滲透性能，例如硅烷浸漬、涂層等。另一類是通過提高鋼筋的耐腐蝕性能，如采用不銹鋼鋼筋、環氧涂層鋼筋、FRP鋼筋等替代普通碳鋼鋼筋，或添加阻銹劑、實施陰極保護等。不同的附加防腐蝕措施可使混凝土結構構件的使用壽命提高15~50年。多種附加防腐措施可聯合使用，進一步起到延長混凝土結構構件使用壽命的作用。

目前，混凝土結構附加防腐蝕技術發展趨于成熟，其中，以硅烷浸漬、涂層的應用最為廣泛。耐腐蝕鋼筋中以環氧涂層鋼筋的應用最多，不銹鋼鋼筋耐腐蝕性能最佳，但高昂的成本限制了其應用，國內僅港珠澳大橋、武漢青山長江大橋采用該種材料。FRP鋼筋、耐腐蝕鋼筋在實體工程中應用不多。混凝土結構外加電流陰極保護效果良好，但實施復雜，且需要長期維護，國內應用不多，青島海灣大橋通航孔橋承臺采用了外加電流陰極保護的措施。目前，國內已針對各種防腐蝕措施的應用建立了標準規范體系，如JTS 153-2015，JTS/T 209-2020《水運工程結構防腐蝕施工規范》對各種附加防腐蝕措施的設計、施工及維護均做了詳細的規定。

深中通道混凝土結構構件覆蓋多個區域，各區域腐蝕風險從大到小排序為浪濺區、水位變動區、大氣區、水下區。大氣區腐蝕情況較溫和，但該區域常年受到臺風影響，因此需采用附加防腐蝕措施，一般采用在混凝土表面涂覆涂層和硅烷浸漬這兩種措施。從經濟成本方面考慮，硅烷浸漬的費用較低，且硅烷浸漬后混凝土表面的顏色基本不會改變，涂層會隨著時間的推移發生顏色不均的現象。綜合分析可知，大氣區的混凝土表面采用硅烷浸漬處理更為合適。

對于浪濺區和水位變動區的混凝土結構構件，港珠澳大橋工程采用了環氧涂層鋼筋和外層不銹鋼鋼筋。不銹鋼鋼筋的價格約為普通鋼筋的10倍，而環氧涂層鋼筋價格較普通鋼筋的高2000~3000元/t。深中通道腐蝕環境的惡劣程度較港珠澳大橋的輕，其設計使用年限較短，考慮到建造成本，推薦采用硅烷浸漬+外層環氧涂層鋼筋聯合的附加防腐蝕措施，提高結構耐久性。環氧涂層鋼筋與普通鋼筋應采用絕緣措施。

對于水下區的混凝土結構構件，腐蝕風險相對于其他區域的較低，一般可不采用附加防腐蝕措施。不同區域構件的附加防腐蝕措施如表5所示。

表5 深中通道混凝土結構構件附加防腐蝕措施推薦方案